ИМПУЛЬСНЫЙ СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ КООРДИНАТ

Импульсный способ регулирования координат электропривода связан с периодическим импульсным изменением параметров каких-либо элементов электрических цепей ДПТ. (например, резисторов) или подводимого к ДПТ напряжения. Способы импульсного регулирования повторяют основные способы регулирования координат ДПТ независимого возбуждения и связаны с импульсным изменением сопротивления добавочного резистора в цепи якоря, магнитного потока и подводимого к якорю напряжения. Импульсный способ реализуется как в разомкнутой, так и в замкнутой системах электропривода.

Импульсное регулирование сопротивления добавочного резистора R_д в цепи якоря осуществляется в схеме рис. 3.36, а путем периодической коммутации (замыкания и размыкания) по определенному закону ключа К.

Существуют два основных способа управления ключом K – широтно-импульсное и частотно-импульсное. При широтно-импульсном управлении период коммутации ключа T_к, состоящий из времени замкнутого t_з и разомкнутого t_p состояний ключа, остается постоянным, а изменяется отношение времени замкнутого состояния ключа t_з к периоду T_к. Это отношение называется скважностью и обозначается буквой g

т. е. при широтно-импульсном управлении изменяется время замкнутого состояния ключа t_з при неизменном периоде.

При частотно-импульсном управлении время t_з остается неизменным, меняется период коммутации ключа Т_к, а также и ее частота. Заметим, что и при таком способе управления меняется скважность у. Таким образом, скважность оказывается универсальным показателем для обоих способов управления и им удобно пользоваться при анализе импульсных способов регулирования координат.

Семейство механических характеристик ДПТ независимого возбуждения при импульсном регулировании получим методом предельных (граничных) характеристик, проанализировав для этого граничные режимы работы ключа К: его постоянно разомкнутое и постоянно замкнутое состояния. По схеме рис. 3.36, а видно, что при замкнутом ключе К (g=1) резистор R_д выведен R_д из цепи якоря и ДПТ в соответствии с этим имеет естественную механическую характеристику (прямая 1 на рис. 3.36, б). При разомкнутом ключе К (g=0) резистор R_д полностью введен и ДПТ имеет уже искусственную, реостатную характеристику (прямая 2 на рис. 3.36, б). При работе ключа с промежуточными значениями скважности (0<g<1) механические характеристики располагаются между этими двумя граничными характеристиками, как это показано на рис. 3.36, б.

Математическое выражение для семейства характеристик рис. 3.36, б, которое здесь приводится без вывода, имеет следующий вид:

.

Импульсное регулирование магнитного потока ДПТ независимого возбуждения реализуется в схеме рис. 3.37, а. В этой схеме в цепь обмотки возбуждения включен добавочный резистор R_в и параллельно ему ключ К, скважность работы которого g может регулироваться в пределах от 0 до 1. Воспользуемся и в этом случае методом предельных характеристик для получения семейства искусственных характеристик. При g=1 ключ К постоянно замкнут, резистор R_в зашунтирован (закорочен), по обмотке возбуждения протекает номинальный ток и ДПТ имеет естественную характеристику (рис. 3.37, б).

При g=0 ключ К постоянно разомкнут, резистор R_в введен в цепь обмотки возбуждения, ток возбуждения и магнитный поток уменьшены и ДПТ имеет искусственную характеристику, располагающуюся выше естественной. При промежуточных значениях скважности g характеристики располагаются между этими двумя предельными характеристиками.

Схема импульсного регулирования напряжения на якоре ДПТ приведена на рис. 3.38, а. Ключ К, как и в предыдущих схемах, периодически замыкается и размыкается, при этом его управление осуществляется по широтно-импульсному или частотно-импульсному принципу. При замкнутом ключе К ток в якоре ДПТ протекает под действием напряжения сети U_c, a при разомкнутом – под действием ЭДС самоиндукции, замыкаясь через диод V. Ток в якоре ДПТ имеет при этом пульсирующий характер. Регулируя скважность у работы ключа, можно получать различные механические характеристики ДПТ.

Рис 3.38 Регулирование скорости ДПТ независимого возбуждения импульсным изменением напряжения а–схема, б–характеристики

При скважности g=1 на якорь ДПТ постоянно подается полное напряжение сети и ДПТ имеет естественную характеристику, показанную на рис. 3.38, б. При разомкнутом ключе К. (g=0) напряжение не подается, ДПТ оказывается включенным по схеме динамического торможения и его механическая характеристика проходит через начало координат. Промежуточным значениям скважности 0<g<1 соответствуют механические характеристики, располагаемые между этими двумя предельными граничными характеристиками.

При импульсном регулировании напряжения возможен режим прерывистого тока. Этот режим наступает при следующих граничных значениях скорости и тока ДПТ:

где Т_я=L_я/R_я–электромагнитная постоянная времени цепи якоря, с.

Область прерывистого тока, в которой характеристики ДПТ криволинейны, расположена на рис. 3.38, б слева от штриховой кривой. В остальной области характеристики ДПТ прямолинейны и описываются следующим выражением:

(3.72)

Для схем импульсного регулирования в современных электроприводах чаще всего применяются бесконтактные полупроводниковые ключи, обычно тиристорные. Работу одного из видов такого ключа, который может использоваться для импульсного регулирования сопротивления добавочных резисторов, поясним с помощью схемы рис. 3.39, а. Роль ключа К выполняет в этой схеме тиристор VS1, включенный параллельно резистору R. Открываясь, тиристор шунтирует (закорачивает) резистор R (ключ К замкнут), закрываясь, тиристор вводит в электрическую цепь этот резистор. Для закрытия тиристора VS1, включенного в цепь постоянного тока, помимо снятия импульса с его управляющего электрода необходимо обеспечить также более высокий потенциал катода по сравнению с потенциалом анода. В рассматриваемой схеме это достигается включением вспомогательного тиристора VS2 и коммутирующих элементов: конденсатора С_к, реактора L_к, диода VD_к, маломощного источника постоянного тока U_п, диода VD_п резистора R_п. Рассмотрим работу этой части схемы. Допустим, что в исходном положении тиристор VS1 открыт, тиристор VS2 закрыт, а конденсатор С_к заряжен со знаком плюс на нижней обкладке. Для закрытия основного тиристора VS1 необходимо снять импульс управления с VS1 и подать его на VS2.

Последний при этом откроется и к катоду тиристора VS1 будет приложен плюс напряжения конденсатора С_к, а к аноду – минус этого напряжения, в соответствии с чем VS1 закроется. Теперь конденсатор С_к будет заряжаться через открытый тиристор VS2 с плюсом на верхней обкладке

Если теперь снять импульс управления с VS2, то он к концу перезаряда конденсатора закроется. При последующей подаче импульса на VS1 он вновь откроется, замыкая накоротко R, и при этом вновь начнется перезаряд конденсатора по цепи С_к–VSl–VD_к–L_к до тех пор, пока потенциал нижней обкладки конденсатора не станет положительным Схема вновь вернется к исходному положению. Описанный процесс работы схемы обеспечивается соответствующим расчетом параметров ее элементов и работой СИФУ. Для первоначального заряда конденсатора С_к служит источник с напряжением U_п и элементы VD_п и R_п.

На рис 3.35, б представлена еще одна распространенная схема импульсного ключа К, которая обычно используется для импульсного регулирования напряжения. По принципу своего действия она во многом повторяет схему рис. 3.35, а и содержит основной VS1 и вспомогательный VS2 тиристоры и коммутирующие элементы С_к, L_к и VD_к. Вместе с тем в этой схеме нет дополнительного источника постоянного тока U_п, поскольку предварительный заряд конденсатора С_к с плюсом на верхней обкладке происходит от напряжения сети при открытии тиристора VS2. Тиристор VS1 при этом закрыт (ключ К разомкнут) и ДПТ отключен от сети.

При подаче управляющего импульса на тиристор VS1 он открывается и на ДПТ подается напряжение. Одновременно через этот тиристор и элементы VD_к и L_к начинается перезаряд конденсатора С_к уже с минусом на верхней обкладке. Поэтому при последующем открытии тиристора VS2 потенциал анода тиристора VS1 окажется более отрицательным, чем потенциал его катода, и тиристор VS1 закроется. Изменяя с помощью СИФУ скважность управляющих импульсов тиристора VS1 и согласуя при этом подачу импульсов на вспомогательный тиристор VS2, обеспечивает импульсное регулирование напряжения на ДПТ. Соответствующим усложнением схемы рис 3 35, б получают реверсивные схемы.

Характерной особенностью импульсных регулируемых электроприводов является простота и надежность их схем, определяемая малым числом элементов.

Показатели импульсного регулирования скорости в основном соответствуют непрерывным способам регулирования. Вместе с тем энергетические показатели импульсных электроприводов постоянного тока несколько хуже. Это объясняется наличием в кривой тока якоря переменной составляющей, что приводит к увеличению потерь энергии в ДПТ, а также дополнительными потерями в самом импульсном преобразователе.

Поиск по сайту: